Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
5.11. Сопряжение, разобщение и фотосинтетическйй контроль
In vivo транспорт электронов сопряжен с фосфорилированием, т. е, два этих процесса взаимосвязаны. При полном сопряжении в отсутствие образования АТР не' должно было бы происходить никакого переноса электронов. In vitro скорость переноса электронов можно увеличить в 4—6 раз в присутствии ADP и Р,-, но всегда существует основной, или не связанный с фосфорилированием транспорт электронов, вероятно, в результате утечки протонов (разд. 5.9—5.10), Известно большое количество соединений, которые действуют как разобщители фотофосфорилирования, уменьшая отношение АТР/2е и увеличивая скорость не связанного с фосфорилированием транспорта электронов. С позиции теории Митчелла и ее модификаций «обратное» действие протонного градиента подавляет транспорт .электронов, и любые факторы, устраняющие это подавление, должны ускорить перенос электронов. Так, детергенты, способствующие образованию пор в мембране, снижают градиент, создавая условия для быстрой обратной диффузии, Арсенат и тио-фосфат в присутствии ADP действуют как разобщители (конкурируя с Р,-); отсюда следует, что они образуют нестабильные легко разрушающиеся комплексы с ADP. Такие соединения, как NH3, вызывающие отток протонов (NH3+H-'-—ьЫН4+), и антибиотики — иигерицин и грамицидин D, — которые, как предполагают, облегчают замену Н+ на К+, очевидно, также уменьшают химический компонент градиента Н+ и, таким образом, 'усиливают транспорт электронов и снижают фотофосфорилирование. Механизм действия этих соединений не всегда бывает таким простым, как может показаться на первый взгляд,
и во многом остается . непонятным.. Например,: NH3 создает «сток» для протонов в соответствии ;С реакцией НН3+Н+—> .=—^NHi+, однако, ¦. несмотря на снижение [Н |_], вклад заряда , в ДДС не уменьшается. С другой, стороны, если" происходит диф: фузия N.H3 в тилакоидный компартмент, a NH4+ — наружу, уменьшаются как химический, так и электрический компоненты градиента Н+, Некоторые разобщители действуют именно таким образом. В нормальных условиях происходит также движение ионов, компенсирующих заряды * (такие* ионбг, как С1", перемещаются внутрь, а .такие катионы, как Mg2*, *— наружу), поскольку в отсутствие этого движения электрический компонент градиента протонов .достиг бы слишком большой величины, Остр,-рожиое нагревание хлоропластов ускоряет перенос протонов , и внутрь, и наружу, так что градиент не изменяется или увели; чивается, но фотофосфорилировапие при этом подавляется. Эмг мет и Уокер объясняют это явление увеличением проницаемости мембран под действием нагревания, что обеспечивает быстрый перенос иоиов, компенсирующих заряд, так что уменьшается электрический компонент градиента ITh.
В присутствии ADP и Р,- градиент Н+ тоже уменьшается в результате функционирования обратимой АТРазы и транспорт электронов усиливается. По мере расходования ADP поток электронов замедляется. Это усиление и последующая задержка транспорта электронов представляют собой «фотоспнтетиче.г ский контроль», подобный «дыхательному контролю» в митохондриях,
5.12. Сопрягающий фактор
Как уже отмечалось (разд. 5,10), Авроп в 1963 г. сделал очень важное открытие, показав, что в лишенных оболочки хлоропластах происходит разобщение транспорта электронов и фосфорилирования и в то лее время они теряют «сопрягающий фактор» CFi. Если добавить сопрягающий фактор, то в присутствии Mg2h сопряжение синтеза АТР н транспорта электронов восстановится. Впоследствии сопрягающие факторы активно изучались Авропом, Рэкером, Мак-Карти, Нелсоном и другими. Непродолжительное нагревание, инкубация с трипсином или восстановление в присутствии высокой концентрации сульфгидрпльиых реагентов приводят к превращению свободного CF) в высокоактивную Са2+-зависимую АТРазу, указывая на то, что CF, играет какую-то роль в фотофосфорилировании. CFi встраивается в мембрану тилакоида в виде комплекса со специфическим гидрофобным белком CF0, составляя сложный АТР-азный комплекс (CF0 — CFi),' который подвергается , кон-формациоиным изменениям на свету, а также в условиях новы,-
шения градиента pH. С позиций хемиосмотической гипотезы Митчелла (разд. 5.11) CF0 можно рассматривать как канал, направляющий протоны к CF) — катализатору синтеза АТР. Будучи встроенным в искусственные фосфолипидные липосомы, комплекс CF0 — CFi способен катализировать обмен ATP-—Р* и синтез АТР при наличии трансмембранного градиента.
5.13. Термодинамика синтеза АТР
Стандартная свободная энергия гидролиза АТР до ADP и Рг (разд. 2.4, 2.11) в какой-то степени зависит от присутствия Mg2+, и обычно ее считают равной примерно —7 ккал. Это относится к случаю, когда АТР, ADP и Рг находятся в эквимоляр-ных концентрациях; на самом деле потенциал фосфорилирова-
ния (свободная энергия образования АТР) зависит от концент-
рации компонентов реакции следующим образом:
4f = 4F + Jffln1^a_ (6.31)
и имеет максимальное значение, когда большинство аденилатов присутствует в форме АТР. Так как в лишенных оболочки хло-ропластах почти весь добавленный ADP легко превращается в АТР, потенциал фосфорилирования, полученный исходя из наблюдающегося соотношения между аденилатами в системе, соответствует реальному изменению свободной энергии. Подобные измерения, проведенные Крайенгофом, дали величину около 14 ккал. Соответствующий электрический потенциал можно рассчитать (разд. 2.13) по формуле
